本发明专利技术公开了一种新的HEVC码率控制GOP级比特分配方法，属于视频编码技术领域。本发明专利技术通过深入研究HEVC的编码结构，发现了现存HEVC码率控制GOP比特分配方法的缺陷，提出了一种新的HEVC码率控制GOP级比特分配方法。本发明专利技术让每个I帧插入周期中各个不含I帧的GOP的比特均匀分配，提高了率失真性能，并且在每个I帧插入周期编码结束时让缓冲区状态回到0附近，提高了码率控制精度，减少了编码时需要的缓冲区大小和传输时的延迟。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于视频编码领域，具体涉及一种新的HEVC(HighEfficiencyVideoCoding)码率控制GOP级比特分配方法。
技术介绍
随着通信技术和多媒体技术的迅猛发展，视频应用已深入到人们生活的方方面面。码率控制是视频编码中的一项关键的技术，它的目标是使得视频编码后的码率满足所需要的码率限制，并使得编码时失真尽可能小。码率控制通常包含两步：目标比特分配和量化参数确定。对于HEVC码率控制，目标比特分配一般采用分级比特分配策略，依次为GOP(GroupOfPictures)级、帧级、CTU(CodingTreeUnit)级的编码单元分配目标比特；码率控制的第二步是量化参数确定，根据上一步给编码单元分配的目标比特数确定各帧和各块的量化参数。GOP级比特分配是目标比特分配的第一步，也是HEVC码率控制循环周期的第一步，所以GOP级比特分配的合理性对码率控制的准确性有根本性的影响。当前，对HEVC标准提出了多种GOP级比特分配方法：(1)Choi和Yoo等人将H.264的码率控制方法移植到HEVC，具体参考文献“H.ChoiandJ.Yoo,“Pixel-wiseunifiedrate-quantizationmodelformulti-levelRateControl,”IEEEJournalofSelectedTopicsinSignalProcessing,vol.7,no.6,Dec2013.”，但该方案没有考虑HEVC的GOP结构与H.264的GOP结构的不同，使得含I帧的GOP后面那个GOP的比特分配过少，严重影响比特的正常分配和编码性能。(2)Wang和Ma等人在GOP级将比特均匀分配，具体参考文献“S.WangandS.Ma,“Rate-GOPbasedratecontrolforHighEfficiencyVideoCoding,”IEEEJournalofSelectedTopicsinSignalProcessing,vol.7,no.6,Dec2013.”，但该方案没有考虑HEVC随机接入(RandomAccess)配置下open-GOP结构下GOP间结构的不同，使得随机接入配置下不含I帧的GOP分配的比特偏多。(3)李斌等人提出了一种新颖的λ域码率控制方法，具体参考文献“B.LiandH.Li,“λdomainratecontrolalgorithmforHighEfficiencyVideoCoding,”IEEETransactiononImageProcessing,vol.23,no.9,Sep2014.”，但是该方法为了平滑GOP比特波动，使用滑动窗口机制平滑GOP级比特分配方法。然而在随机接入配置下，如图1所示，该滑动窗口机制不能让编码缓冲区充盈度在一个I帧插入周期(Intraperiod)编码结束时回到0，编码缓冲区状态长期停留在高水平，导致编解码所需的缓冲区较大；且使得一个I帧插入周期中前面影响较大的GOP分配的比特少，后面影响较小的GOP分配的比特多(如图2所示)，影响编码性能。在低延迟(LowDelay)配置下，也有类似的问题，图3是低延迟配置下λ域码率控制算法的编码缓冲区状态曲线图，曲线呈下凹状，前面下降快，后面下降慢，下降速度不均匀；图4为低延迟配置下λ域码率控制算法的GOP比特波动曲线图，I帧后面的GOP的比特呈现不断增加的趋势，影响编码性能。
技术实现思路
为了使码率控制GOP级比特分配能够与HEVC中新的open-GOP编码结构相适应，本专利技术提供了一种新的GOP级比特分配方法，在随机接入配置和低延迟配置下均适用。本专利技术的一种新的HEVC码率控制GOP级比特分配方法包括下列步骤：获取当前I帧插入周期中，未编码的平均比特数RPicIPRem，以及目标比特的GOP的大小NGOP，根据公式TGOP(i)＝RPicIPRem×NGOP计算当前I帧插入周期中第i个GOP分配的比特。其中，在HEVC的随机接入配置下NGOP＝8；在HEVC的低延迟配置下NGOP＝4。另外，若HEVC为随机接入配置，则当前I帧插入周期中未编码的帧数NPicIPRem为：NPicIPRem＝(n-i+1)×NGOP，其中，n为当前I帧插入周期中GOP的个数。当I帧插入周期大小为64、48、32、24时，n分别为8、6、4、3，即当前I帧插入周期中GOP的个数n＝NIP/8，其中NIP表示当前I帧插入周期大小。若HEVC为低延迟配置，则当前I帧插入周期的GOP个数为n＝NIP/4，其中NIP等于视频序列的帧数。若HEVC为低延迟配置，则一个视频序列是一个I帧插入周期，故当前I帧插入周期中未编码的帧数NPicIPRem为：NPicIPRem＝NPicRem，其中NPicRem表示当前视频序列中未编码的帧数，即低延迟配置下的当前I帧插入周期中未编码的帧数等于当前视频序列中未编码的帧数。因此，公式TGOP(i)＝RPicIPRem×NGOP可以进一步变换为：其中RPicAvg为视频的平均帧码率，V(i)为当前I帧插入周期中第i个GOP之前的编码缓冲区状态，即V(i)＝V(i-1)+TGOP(i-1)-NGOP·RPicAvg。其中有：V(i-1)+TGOP(i-1)-NGOP·RPicAvg=n-i+1n-i+2·V(i-1)=n-i+1n-i+2·n-i+2n-i+3·...·n-2n-1·V(2)=n-i+1n-1·V(2),1<i≤n+1]]>根据上述推导，可知V(n+1)为0，即本专利技术的方法在每个I帧插入周期(含n个GOP)的编码结束时，编码缓冲区充盈度都能回到0附近。编码缓冲区回到0附近，实际平均码率几乎等于目标码率，故随机接入配置下的I帧插入周期的比特波动小。故可得到不含I帧的GOP比特分配的通项公式：其中i＝2,3,...,n，而V(2)表示前I帧插入周期中第2个GOP之前的编码缓冲区状态，即第1个GOP(TGOP(1)可根据TGOP(i)＝RPicIPRem×NGOP得到)编码后的编码缓冲区状态。从该通项公式可以看出，不含I帧的GOP分配的比特相同。让不含I帧的GOP分配相同的比特，在随机接入和低延迟配置下均有利于提高编码性能，且使得低延迟配置下GOP比特波动小。在给GOP分配好目标比特后，根据权重计算出GOP内部每一帧的目标比特，再根据每一帧分配的目标比特计算出每个CTU的目标比特。确定了每一帧和每一个CTU的目标比特，根据公式λ＝α·bppβ计算出拉格朗日乘子λ，其中bpp(bitsperpixel)平均每个像素花费的比特数(一个视频帧的一帧bpp或一个CTU的bpp都可以)，α和β分别为与当前帧距离最近的处于相同时间层的帧编码完后的更新值；再根据公式QP＝4.2005lnλ+13.7122可出每一帧的QP和每一个CTU的QP，其中QP(QuantizationParameter)表示量化参数。最后编码器利用所计算出来的λ和QP进行编码。基于本专利技术的GOP级比特分配方法，可以使得每个I帧插入周期结束时本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种新的HEVC码率控制GOP级比特分配方法，其特征在于，包括下列步骤：获取当前I帧插入周期中，未编码的平均比特数RPicIPRem，以及目标比特的GOP的大小NGOP；根据公式TGOP(i)＝RPicIPRem×NGOP计算当前I帧插入周期中第i个GOP分配的比特，其中i＝1,2,3,...,n，n表示当前I帧插入周期中GOP的个数。
【技术特征摘要】
1.一种新的HEVC码率控制GOP级比特分配方法，其特征在于，包括下列步骤：获取当前I帧插入周期中，未编码的平均比特数RPicIPRem，以及目标比特的GOP的大小NGOP；根据公式TGOP(i)＝RPicIPRem×NGOP计算当前I帧插入周期中第i个GOP分配的比特，其中i＝1,2,3,...,n，n表示当前I帧插入周期中GOP的个数。2.如权利要求1所述的分配方法，其特征在于，当i＝2,3,...,n时...
【专利技术属性】
技术研发人员：朱策，宋方良，刘宇洋，宋世昶，曹小强，高艳博，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川;51
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